CN86100022A - 冲击式钻机零件 - Google Patents

Abstract

本发明介绍一种冲击式钻机的零件(10，11，12)，所述钻机零件带有圆柱形的螺纹(13，14，15)，并且是单头螺纹。这种打算为30毫米以下螺纹直径用的圆柱形螺纹，其所具有的螺距(S)都小于12毫米；螺纹肩角(β)小于69°；螺旋角(α)小于11°，但大于5.6°。

Description

本发明介绍一种冲击式钻机的零件，例如钻杆、连接套管或者钻头，所述钻机零件具有圆柱形的内螺纹或外螺纹，其所具有的螺纹外径小于30毫米，小于25毫米则更好，并且是单头螺纹。该钻机零件是预计要连接到冲击式钻具组所包括的其它零件上使用的。

本发明主要涉及的是带圆螺纹类型的钻机零件。这些螺纹的顶部和底部都有自己固定的曲率半径。为避免螺纹面跟钻机零件的纵轴几乎平行的螺纹部分被楔住，外螺纹顶部和内螺纹底部的曲率半径，分别要比外螺纹底部和内螺纹顶部的曲率半径稍大一些。然而，一般说来，本发明适用于带单头圆柱形螺纹的钻机零件。

根据现有技术，已经证明，较大直径的圆螺纹，用于低到中高功率的钻岩机时，具有较好的功能。螺纹的牙型在这种情况下保持不变，而与螺纹的直径无关。可是，已经证明对于比较小的螺纹直径来说，主要是22毫米和25毫米的公称直径，圆螺纹被证明是螺纹寿命和旋出（unscrew）特性都不是令人满意的。假如钻岩设备是用在低工作压力的状况下，即工作压力小于正常工作压力7巴时，这种消极特性就突出起来。造成螺纹迅速磨损的主要原因是螺纹过份容易旋出，以致在钻岩时每隔一定时间就要被震松。于是就引起螺纹肩部形成所谓“点腐蚀”（Pittings）。

本发明的目的在于提供一种钻机零件，对于比较小的螺纹直径来说，它比标准型圆螺纹具有更长的寿命以及改进了的旋出特性。

本发明的另外一个目的是，提供一种还能够在低工作压力状况下具有长寿命以及良好的旋出特性的钻机零件。

本发明所有这些以及其它一些目的，是通过具有所附权利要求中阐明的那些特征的钻机零件来达到的。

在附图中，图1表示冲击式钻具中的连接情况。这里的连接是由两个钻杆端部及一个连接套管构成的，所有这些钻机零件都带有本发明提供的螺纹。

图2表示带有本发明提供的螺纹的钻杆的一端。

图3表示图1所示连接部分的局部放大。

图4表示图3所示的放大零件之一。

直径处在22毫米至51毫米范围内的标准型圆螺纹，它们都有相同的螺纹牙型。此螺纹牙型的螺距是12.7毫米;螺纹深度是1.6毫米;螺旋角在11.3°左右;螺纹肩角大约为21°;螺纹顶部及底部的曲率半径分别是6.0毫米及5.5毫米。如上所述，在螺纹直径比较小的情况下，特别是当工作压力低时，这种标准螺纹被证明具有无法令人满意的寿命及旋出特性。

对于旋出螺纹时的旋转力矩来说，以下的公式是成立的：

（1）M＝F· (Dm)/2 (μ-cosβ·tgα)/(cosβ+μ·tgα) +F·μ·r_m

其中，M-旋出螺旋的旋转力矩;

F-作用力;

Dm-螺纹的有效直径或平均直径;

β-如图4中所定义的螺纹肩角;

α-螺旋角

μ-摩擦系数;

r_m-端面的平均半径。

螺纹的肩角β，是由以下两个公式计算的：

（2） $\mathrm{cos(\beta -\; r\; )=}\frac{\mathrm{r\; +\; R}}{\sqrt{(\frac{S}{2}{)}^2{\mathrm{+(R+r-h)}}^2}};$

（3）tgr＝ (r+R-h)/(S/2)

其中，r-螺纹底部的曲率半径;

R-螺纹顶部的曲率半径;

S-螺距;

h-螺纹的牙型高度或深度。

螺纹的平均直径Dm是由下述公式进行计算的：

（4）Dm＝Dy-h±（R-r）〔 1/(cos（90°-β）) -1〕

其中Dy为螺纹的外径;正号所涉及的是外螺纹，负号所涉及的是内螺纹。

螺旋角α是由下述公式进行计算的：

（5）tgα＝ (S)/(Dm·π)

从公式（1）可以看出，旋出螺纹的旋转力矩，是螺旋角α和螺纹肩角β的函数。于是就可以说明，较小的螺角α和螺纹肩角β，要使螺纹旋出那是比较困难的。因而，假如螺旋角α被减小以致达到较为紧固的螺纹连接时，螺纹肩角β就要保持不变，而且一定不能再增大。

在图1所揭示的连接中，两个冲击式钻杆（10和11）是靠连接套管（12）连接在一起的。钻杆（10和11）上都显露出圆柱形的外螺纹（13和14）。

如从图4中看到的那样，螺纹肩角β，被定义为螺纹肩部对与钻机零件纵轴（17）垂直的平面的倾角。从图4中还可以知道，螺距S以及螺纹的牙型高度或深度是怎样确定的。

根据本发明，意外地证明，如将标准型圆螺纹的螺旋角（α）减小，即令α＜11°，而与此同时将标准型圆螺纹的螺纹肩角（β）增大，即令β＞21°，那么比较小的螺纹直径的螺纹连接，却能够达到具有很长的寿命以及优良的旋出特性，不论是在正常的工作压力状况下（即大约为7巴）还是在更低的工作压力状况下（小于7巴）。根据本发明的螺旋角（α）大于5.6°，而螺纹的螺距（S）小于12毫米。在这种情况下，所谓比较小的螺纹直径，是指外径小于30毫米，其中主要是22毫米和25毫米的公称螺纹直径。根据本发明的螺纹为单头的。

作为最佳实施例，螺旋角（α）取在5.6°至7.6°的范围内;螺距（S）小于9毫米;螺纹顶部的曲率半径（R）小于6毫米，小于4毫米则更好;螺纹牙型的深度（h）小于1.6毫米，小于1.5毫米则更好。曲率半径（R）与螺纹牙型深度（h）之间的比例关系小于3.75，小于2.6则更好。

在本发明的实施例中，螺旋角（α）约为6.6°，螺距S＝7.5毫米，曲率半径R＝3.0毫米，螺纹肩角（β）约为30°，螺纹牙型深度h＝1.35毫米。此结果大约满足R∶h为2.2的比例关系。螺纹底部的曲率半径（r）为2.5毫米，而且这两个曲率半径（R及r）都有自己的固定值。

在本发明的实施例中，螺旋的螺纹大体上都有凸圆或凹圆的形状，也就是说曲率半径（r和R）都有自己的固定值。然而，螺纹的牙型可以在权利要求保护的范围内变化，这就是说，要保证让螺纹肩（16）的连接处按照本发明进行设计。而为了使螺纹牙型具有不同的曲率半径，对面的螺纹肩（18），以及居间部分（19和20），可以改变。在所介绍的这个实施例中，本发明所涉及的只是两个钻杆之间的连接。然而，本发明同样适用于冲击式钻具的所有零件，例如钻头。

④文件名称    页    行    补正前    补正后

2    11    21°    69°

说明书    3    3    Cos（β-r）＝    Cos（β-r）＝

3    4    tgr＝    tgr＝

4    10    增大，即令β＞21°    减小，即令β＜69°

说明书    4    23    30°    60°

摘要    1    4    大于21°    小于69°

权利要求书    1    7    大于21°    小于69°

1    17    30°    60°

Claims (10)

1、一种冲击式钻机的零件，例如钻杆(10；11)、连接套管(12)或者钻头，所述钻机零件(10；11；12)具有圆柱形的内螺纹(15)或外螺纹(13；14)，其所具有的螺纹外径小于30毫米，小于25毫米则更好，并且是单头螺纹；这些钻机零件(10；11；12)是预计要连接到冲击式钻具组所包括的其它零件上使用的，其特征在于：圆柱形的螺纹螺距(S)，小于12毫米；该螺纹的螺纹肩角(β)，小于69°；而且螺纹的螺旋角(α)小于11°，但大于5.6°。

2、根据权利要求1所述的钻机零件，其特征在于：螺旋角（α）取值在5.6°至7.6°的范围内，而最好是6.6°左右。

3、根据权利要求1或2所述的钻机零件，其特征在于：螺距（S）小于9毫米，最好取为7.5毫米。

4、根据前述1-3中任一权利要求的钻机零件，其特征在于：圆柱形螺纹顶部的曲率半径（R）小于6.0毫米，优先选择小于4毫米的数值，而最好取为3.0毫米。

5、根据前述1-4中任一权利要求的钻机零件，其特征在于：螺纹肩角（β）取值为60°左右。

6、根据前述1-5中任一权利要求的钻机零件，其特征在于：螺纹牙型的深度（h）小于1.6毫米。

7、根据权利要求6所述的钻机零件，其特征在于：螺纹牙型的深度（h）小于1.5毫米，最好取为1.35毫米。

8、根据前述1-7中任一权利要求的钻机零件，其特征在于：曲率半径（R）与螺纹牙型深度（h）之间的比例关系，小于3.75。

9、根据权利要求8所述的钻机零件，其特征在于：曲率半径（R）与螺纹牙型深度（h）之间的比例关系，小于2.6，最好为2.2左右。

10、根据前述1～9中任一权利要求的钻机零件，其特征在于：圆柱形的螺纹，大体上都有凸圆或凹圆的形状;螺纹底部的曲率半径（r）要比螺纹顶部的曲率半径（R）略小一些，最好小0.5毫米;螺纹底部的曲率半径（r）最好取为2.5毫米;上述曲率半径（R，r）都有自己的固定值。

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